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基于ADSP21535的MPEG4视频编解码实现方案

发布时间:2020-07-21 17:40:09 阅读: 来源:风扇灯厂家

数字视频的大数据量给信息的存储和传输造成了相当大的困难,成为数字视频应用的瓶颈之一,数字视频压缩编码是解决这一问题的有效途径,但在一些对实时性要求较高的场合,要求快速实现数字视频的编解码。采用DSP器件集成的视频采集压缩卡能快速实现视频压缩算法,提高处理速度,满足实时性要求。本文采用Blackfin系列的DSP芯片ADSP-21535来实现MPEG-4视频编解码,详细介绍了硬件和软件的设计方案。硬件设计整个系统包括视频采集单元、MPEG-4编解码单元、数据存储单元、逻辑控制单元和视频显示单元等。采用conexant公司的Bt829实现视频信号采集,数据存储采用Cypress公司的SRAM芯片CY7C104133,视频显示单元采用ADI公司的ADV7175,逻辑控制部分采用Altera公司的MAX7000芯片。软件设计MPEG-4视频编码是根据图像的内容将其分割成不同的视频对象VO(Video Object),然后进行编码。其编码过程可由3步来完成,即VO的形成、编码和复合。它提供了灵活的框架和开放的工具集。基于VOP(VIDEO Object Plane)的编码,VO是场景中的某个物体,是由时间上连续的帧画面序列组成的,而VOP是某一时刻某一帧画面的VO,VOP编码是针对某一时刻该帧画面VO的形状、运动、纹理等三类信息进行编码。从类型上看包括帧内IVOP(Intra VOP)、帧间前向因果预测PVOP(Inter Prediction VOP)、帧间双向非因果预测BVOP(Inter Biderctional Prediction VOP)和全息灵影SVOP(Sprite VOP)。从空间上看它由若干个16×16的宏块组成,又可分成4个8×8的亮度块和2个8×8的色差块。它采用位图法对VOP的形状进行编码。在本文设计的编解码器中,对于352×288的VOP图像数据编码采用Y:U:V=4:2:0的格式,即每采样4个亮度样本,对应采样两个色差样本。然后,分离不同的帧格式,分别对它们进行编码和解码。基于ADSP-21535的MPEG-4编码优化ADSP-21535采用双MAC的结构,具有正交的类似RISC的微处理器集,主频可达300MHz,有专门的视频处理指令、灵活的SRAM和cache结构,是一款在多媒体处理与网络传输应用中极具特色的芯片。因此,在编码的过程中,应充分考虑芯片的结构和指令特点,实现程序的优化。使用硬件结构提高处理速度ADSP-21535内部有两块RAM,即L1RAM和L2RAM。L1RAM是核内的高速RAM,可以按照需要定义为cache或SRAM,或者一部分数据cache,一部分数据SRAM。它可分成16KB指令cache和指令SRAM,也可分成32KB数据cache和数据RAM。相对来说L2RAM离核较远,如果程序或数据放在L2RAM中直接执行,速度会比较慢。因此如果程序的数据量较小,可以把程序和数据直接放入L1RAM中执行。但是对于数据量较大的程序来说,有时还有可能把数据放在外部存储器中,如视频采集数据,这时就应该设置好cache允许的数据地址和程序地址,然后启动cache,这样程序和数据就会自动调入L1RAM中执行。运动估值搜索算法的并行处理视频压缩的关键是去除时间与空间的冗余,考虑到帧间的时间相关性强的特点,为了满足随机存储和高压缩比的要求,一般采用帧间和帧内的编码技术。在MPEG-4运动搜索算法中是使用条块匹配算法,需要进行VOP范围内点的搜索。匹配使当前的图像与预测图像的绝对差值和,即SAD最小。SAD的计算是运动估值中最重要的一个环节,它直接影响整个运动搜索的速度,这也是图像数据实时压缩的瓶颈。Blackfin提供了一个极好的硬件指令,可以取出8个单元数据同时做4组VIDEO单元的绝对差和。ADSP-21535提供了两种指令形式来完成这个操作,即SAA(R1:0)和SAA(R1:0,R3:2)(R代表寄存器组高低寄存器互换),将结果放在A0和A1中(A0和A1为两个乘法器和累加器,R1和R0、R2和R3为配对的两个寄存器,一般称为寄存器组0和寄存器组1)。由于作绝对差和是针对字节而言,所以起始字节地址不一定是以4的整数倍开始,但是每次运算却必须要取出4个字节作运算。对于此,Blackfin巧妙地根据地址的末两位来确定运算所取的字节。其地址指针为I0和I1,由I0和R1:0、I1和R3:2来确定运算的8个点。用ADSP-21535计算当前块与目标宏块的SAD值的程序在此就不再赘述。结语整个系统使用Visual DSP++3.0进行开发,通过JTAG口仿真,在CIF格式下(352×288)进行测试。采集的帧率为25fps,对IVOP、PVOP、BVOP同时编码,平均压缩一帧需60ms左右,平均压缩比为40倍左右。从这些数据可以看出,用Blackfin实现MPEG-4编解码方案是可行的,能有效解决传输数据的瓶颈问题,提高信号的处理速度。同时该芯片的功耗小,性能稳定,可实现电源的动态管理,有利于实现视频压缩卡的集成。当然,如果能够对算法进一步优化,就更有利于视频数据的实时处理和传输。

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